Chapter 2 Khuếch đại RF
3. Thiết kế mạch khuếch đại RF
Thiết kế bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại công suất bất kỳ (đơn hướng) Đánh giá sai số đơn hướng
Lưu ý khi thiết kế song hướng (S12≠0)
Nếu sai số đơn hướng không thỏa mãn: sai số hệ số khuếch đại lớn
Sử dụng Gp, công suất truyền đạt GT khơng dùng được vì ZS phụ thuộc vào ZL. Gp chỉ
phụ thuộc vào ZL Rp(Radius)=√1−2K|S12S21|gp+|S12S21|2g2p |1+gp(|S22|2−|Δ|2)| Cơng thức tính GpGP= |S21|2(1−|ΓL|2) (1−|S11−Δ ΓL 1−S22ΓL|2 )|1−S22ΓL|2 =|S21|2gpC L= gp(S22¿ −Δ¿S11) 1+gp(|S22|2 −|Δ|2) Gp đạt cực đại khi RL=0 gp, max= 1 |S12S21|(K−√K2−1)Gp, max=|S21 S12|(K−√K2−1)
Xác định ZL trên vòng tròn gp và Gp và nằm trong trong vùng ổn định tải
Để có Gp, tính Z¿ khi thực hiện ZS=Z¿¿ trong vùng ổn định nguồn Nếu không nằm ở vùng ổn định nguồn chọn lại ⇒ ZL
Ví dụ: thiết kế một bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại bằng 11 dB tại 4 GHz. Hãy vẽ họ vòng tròn hệ số khuếch đại với GS=2 và 3 dB và GL=0 và 1 dB. Biết transistor có tham
số ma trận tán xạ như sau (Z0=50Ω) f(GHz) S11 S12 S21 S22 3 0.80∠−900 0 2.8∠1000 0.66∠−500 4 0.75∠−1200 0 2.5∠800 0.60∠−700 5 0.71∠−1400 0 2.3∠600 0.58∠−850 … Sơ đồ mạch điện - Z0 (stub): hở mạch
- Hai phần tử chính, là hai đoạn đường truyền l2S mắc ở nhánh song song, đoạn
đường truyền l1S mắc nối tiếp là đường truyền chính; trở kháng của hai đoạn đường
truyền này đều là Z0. Ở đầu ra cũng có 2 đoạn đường truyền của mạch phối hợp trở
kháng đầu ra
- Lch: cuộn chặn – chặn tín hiệu cao tần đi vào mạch phân áp, thơng tín hiệu một
chiều để cung cấp năng lượng cho mạch làm việc
- Cp: tụ ghép – ghép tín hiệu xoay chiều từ tầng trước ra tầng sau, đồng thời chặn
Nhiệm vụ biến đổi trở kháng thực tế Z0 qua mạch phối hợp trở kháng đầu vào, chúng ta
biến đổi thành ZS sao cho tổn hao trên mạch phối hợp trở kháng là nhỏ nhất, tương tự
với mạch phối hợp trở kháng đầu ra, biến đổi Z0 thành ZL, ZS,ZL liên quan đến hệ số
khuếch đại công suất GT chúng ta xác định trên đồ thị Smith
Tương đương với sơ đồ:
G: cực cổng, D: …, S: sort, VS: điện áp nguồn, ZS: trở kháng nguồn
ZS, ZL trên thực tế khơng có, nên chúng ta phải sử dụng mạch biến đổi trở kháng để biến đổi từ trở kháng thực tế (Z0) sang các giá trị ZS, ZL thỏa mãn theo yêu cầu bài toán. Thỏa mãn u cầu chỉ tiêu kỹ thuật của bài tốn
Tính tốn tham số mạch phối hợp trở kháng (chiều dài các đoạn đường truyền)
Để các phần tử phụ như cuộn chặn, tụ ghép tầng không ảnh hưởng đến trở kháng ZS, ZL, ta phải chọn giá trị cho cuộn chặn và tụ ghép tầng thỏa mãn hai điều kiện: dung kháng của tụ phải bé hơn rất nhiều so với trở kháng đặc tính Z0, ZCp= 1
ωCp= Z0
100, cảm
kháng của cuộn chặn phải lớn hơn rất nhiều so với đặc tính Z0, ZLch=ω Lch=100Z0
Vì có đoạn stub mắc song song đường truyền, chúng ta sử dụng đồ thị Smith là đồ thị dẫn dẫn nạp chứ không phải đồ thị trở kháng
Z0: là trở kháng đặc tính
Vì chúng ta sử dụng đồ thị dẫn nạp, chúng ta sẽ có dẫn nạp đặc tính: Y0=Z1
4. Quy trình tính tốn, thiết kế bộ khuếch đại RF5. Bài tập chương 2